铁磁材料及其磁化特性(精)
实验二十三示波器法测定铁磁材料的磁化曲线和磁滞曲线(精)
实验二十三 示波器法测定铁磁材料的磁化曲线和磁滞曲线【目的】1.了解用示波器法显示磁滞回线的基本原理2.学会用示波器法测绘磁化曲线和磁滞回线【原理】1.铁磁材料（如铁、镍、钴和其他铁磁材料）除了具有高的磁导率外，另一个重要的特点就是磁滞。
磁滞现象是材料磁化时，材料内部磁感应强度B 不仅与当时的磁场强度H 有关，而且与以前的磁化状态有关。
图4-48表示铁磁质的这种性质，设铁磁质在开始时没有磁化，如磁场强度H 逐渐增加，B 将沿oa 增加，曲线oa叫做起始磁化曲线，当H 增加到某一值时，B几乎不变。
若将磁场强度H 减小，则B 并不沿原来的磁化曲线减小，而是沿图中ab 曲线下降，即使H 降到零（图中b 点），B 的值仍接近于饱和值，与b 点对应的B 值，称为剩余磁感应强度B ｒ（剩磁）。
当加反向磁场H 时，B 随着减小，当反向磁场H 达到某一值（如图中c 点）时，B=0，与oc 相当的磁场强度H ｃ称为矫顽磁力。
当反向磁场继续增加时，铁磁质中产生反向磁感应强度，并很快达到饱和。
逐渐减小反向磁场强度，减到零，再加正向磁场强度时，则磁感应强度沿defa 变化，形成一闭合曲线abcdefa ，称该闭合曲线为磁滞回线。
由于有磁滞现象，能够有若干个B 值与同一个H 值对应，即B 是H 的多值函数，它不仅与H 有关，而且与这铁磁质磁化程度有关。
例如：与H=0相应的B 有以下3个值。
⑴B ＝0的o 点，这与原来没有磁化相对应。
⑵B ＝B ｒ，这是在铁磁质已磁化后发生的。
⑶B ＝－B ｒ，这是在反向磁化后发生的。
必须指出，当铁磁材料从未被磁化开始，在最初的几个反复磁化的循环内，每一个循环H 和B 不一定沿相同的路径进行（曲线并非闭和曲线）。
只有经过十几次反复磁化（称为“磁锻炼”）以后，才能获得一个差不多稳定的磁滞回线。
它代表该材料的磁滞性质。
所以样品只有“磁锻炼”后，才能进行测绘。
不同铁磁材料，其磁滞回线有“胖”、“瘦”之分，通常根据磁滞回线的不同形状将磁铁分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料等几种。
铁磁材料的磁化与磁化曲线
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。
如果把铁磁材料置入外磁场中，这时大多数磁畴都会趋 向与外磁场的方向规则的排列，因而在铁磁材料内部形 成了很强的与外磁场同方向的附加磁场，从而大大地增 强了磁感应强度，即铁磁材料被磁化了，如图8-1b所示。 当外加磁场进一步加强，所有磁畴的方向都几乎转向外 加磁场方向，这时附加磁场不再加强，这种现象叫做磁 饱和，如图8-1c所示。
第二节 磁路与此路定律
一、磁路
在电机，变压器及其它各种电磁器件中，常 用铁磁材料做成一定形状的铁心。其目的一是用 较小的励磁电流能够产生足够大的磁通；二是将 磁通限定在一定的范围之内。如图8-7所示。
在图8-7b中，磁感应线几乎都是沿着铁心形 成闭合回路。因此这种由铁磁材料构成的，让磁 通集中通过的闭合路径叫磁路。
（二） 磁化曲线
不同种类的铁磁性物质，其磁化性能是不同的。工 程上常用磁化曲线表示各种铁磁性物质的磁化特性。 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强B与外磁场的磁
场强度H之间的关系曲线，所以又 B H叫曲线。
铁磁物质的磁化曲线可用试验测定。测量铁磁物质 磁化曲线的装置如图8-2所示。
1.起始磁化曲线
4、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，取不同的Hm反复磁化， 将得到一系列磁滞回线，如图8-4b所示。 各磁滞回线的顶点联成的曲线 ON称为基本 磁化曲线，简称磁化曲线。工程上常用基 本磁化曲线进行磁路计算。
二、铁磁材料的磁性能
铁磁材料及其磁化特性
磁畴合并
随着外磁场增强，相邻的磁畴会逐渐合并，形 成一个大的磁畴。
饱和磁场
使铁磁材料完全磁化所需的最低外磁场强度称为饱和磁场。
03
铁磁材料的磁化特性
磁导率与磁化率
磁导率
描述铁磁材料在磁场中的磁化程度，与材料的磁化率有关。
磁化率
表示材料被磁化的难易程度，其值越大，材料越容易被磁化。
磁滞回线与矫顽力
磁晶各向异性是指铁磁材料在磁化过 程中，其磁畴结构和磁化行为与晶体 结构相关，呈现出各向异性的特点。
不同晶体结构的铁磁材料具有不同的 磁晶各向异性，这决定了其磁畴结构、 磁化强度和磁化过程。了解和利用磁 晶各向异性是设计和优化铁磁材料性 能的关键。
应力与应变对磁化的影响
应力与应变对铁磁材料的磁化特性具有显著影响。当铁磁材料受到外力作用时，其内部应力分布发生 变化，进而影响原子间相互作用和电子云分布，导致磁畴结构和磁化强度的变化。
铁磁材料具有高磁导率、低矫顽 力和高磁能积等特性，使其在磁 场中表现出优异的磁性能。
种类与应用
种类
常见的铁磁材料包括铁、钴、镍及其 合金等。
应用
铁磁材料广泛应用于电力、电子、通 信、航空航天、医疗器械等领域，如 变压器、电机、发电机、磁性记录和 磁悬浮列车等。
历史与发展
历史
铁磁材料的发现和应用可以追溯到19世纪初，随着科技的发展，铁磁材料的性能不断得到优化和提升 。
磁畴的转动与磁化
磁化过程
当外加磁场作用于铁磁材料时，磁畴会逐渐转向外磁 场方向，从而实现磁化。
磁畴转动机制
磁畴转动是通过交换相互作用实现的，即相邻磁畴之 间原子磁矩的交换作用。
磁化速率
磁化速率取决于温度、外磁场强度和铁磁材料的性质。
铁磁性
自发磁化
组织结构不敏感参数
技术磁化
组织结构敏感参数
1、温度的影响 2、应力和变形的影响 3、晶粒细化的影响 4、杂质的影响 5、合金的成分和组织的影响
本征参量 非本征参量
退火产生的感生磁各向异性
A：纵向磁场冷却 B：冷却时无磁场 C：在垂直或圆磁场中冷却
轧制产生的感生磁各向异性
21.5%Fe-Ni合金磁化曲线
平行于轧制方向的磁化完全通过磁畴转动来实现，为线性 磁化曲线。
2、形状各向异性及退磁能
为何会有形状 各向异性？
沿长片状试样不同方向测得的磁化曲线
铁磁体的形状对磁性有重要影响 形状各向异性
磁体在磁场中具有的能量
静磁能
铁磁体与外磁场的相互作用能 铁磁体在自身退磁场中的能量
H
M
M
S
铁磁体
N
Hd M
H
退磁能
当铁磁体出现磁极后， 除在铁磁体周围空间产生磁 场外，在铁磁体的内部也产 生磁场Hd。这一磁场与铁磁 体的磁化强度方向相反，起 到退磁的作用，因此称为退 磁场。
退磁场的表达式为：
（CGS高斯单位制） 退磁因子
磁体总能量增加，自发 磁化一致取向不稳定。
磁畴形成过程图示
a）中，自发磁化单一取向，出现表面磁极，磁场能很大；
b）中，为降低表面退磁场能，自发磁化分成两个反平行的磁 畴，降低了表面退磁能；
c）中，分成4个反向平行的磁畴，退磁能进一步降低，总能量 减小。
影响磁畴结构的因素
磁畴结构：磁畴的形状、尺寸、畴壁的类型与厚度。
1、磁晶各向异性
➢ 在测量单晶铁磁性样品时发现 沿不同晶向的磁化曲线不同。 ➢ 其中有一个方向的磁化曲线最 高，即最容易磁化。
铁磁材料的磁化特性的研究(精)
2
d2 dt
n d dt
2 是线圈n中产生的感应电动势
2 n 次级线圈中的磁通链数
当I2R2 Q / C2 时， 2 I 2 R2
电容C两端的电压：
I2
dQ dt
C2
dU y dt
2
C2 R2
dU y dt
Uy
nS C2 R2
B
该式表明示波器垂直偏转板上的电压，即电容两端的电 压Uy是正比例于磁感应强度B的。
3 磁滞现象：
铁磁材料的磁化过程是不可逆的。
当铁磁质达到饱和
a
后，减小H，B沿图 ab下降；当H=0时B
Br b
＝Br，称为剩磁。 当H＝Hc时，B=0，
c
f
bc段是退磁曲线
-Hc
Hc称为矫顽力；反
-Br e
向继续增大H，铁 磁质反向沿cd段达
d
到饱和；
反向减小H到0，则B沿de到－Br。H按原方向增加经ef到Hc； 继续增大H，则B沿fa回到原来饱和状态。
不同的铁磁质具有不同形状的磁滞回线，按矫顽力 的大小，铁磁材料可分为： 软磁材料：矫顽磁力很小 ，适合于做变压器、
电机中的铁芯等。 硬磁材料：矫顽磁力很大，常用做永磁体。
常用在电表、收音机、扬声器中。 矩磁材料：它的磁滞回线接近于矩形，可以用做
“记忆”元件。 如电子计算机中存储 器的磁芯.
实验仪器介绍
CH2通道
Ｘ－Ｙ控制键 Ｘ－Ｙ触发
测
ε
量 仪
号
器
饱和磁感应强度
初始磁化曲线 当电流从0逐渐增加，线圈中的磁场强度H也随之增加， 这样就可以测出若干组B,H值。以H为横坐标，B为纵坐标， 画出B随H的变化曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。当H 增大到某一值后，B几乎不再变化，这时铁磁材料的磁化状 态为磁饱和状态。此时的磁感应强度Bs叫做饱和磁感应强度。
磁铁的基本特性
永磁体基本性能参数永磁材料：永磁材料被外加磁场磁化后磁性不消失，可对外部空间提供稳定磁场。
钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种：剩磁（Br）单位为特斯拉（T）和高斯（Gs）1Gs=0.0001T将一个磁体在闭路环境下被外磁场充磁到技术饱和后撤消外磁场，此时磁体表现的磁感应强度我们称之为剩磁。
它表示磁体所能提供的最大的磁通值。
从退磁曲线上可见，它对应于气隙为零时的情况，故在实际磁路中磁体的磁感应强度都小于剩磁。
钕铁硼是现今发现的Br最高的实用永磁材料。
磁感矫顽力（Hcb）单位是安/米（A/m）和奥斯特（Oe）或1Oe≈79.6A/m处于技术饱和磁化后的磁体在被反向充磁时，使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力（Hcb）。
但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。
钕铁硼的矫顽力一般是11000Oe以上。
内禀矫顽力（Hcj）单位是安/米（A/m）和奥斯特（Oe）1Oe ≈79.6A/m使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，如果外加的磁场等于磁体的内禀矫顽力，磁体的磁性将会基本消除。
钕铁硼的Hcj会随着温度的升高而降低所以需要工作在高温环境下时应该选择高Hcj的牌号。
磁能积(BH)单位为焦/米3（J/m3）或高•奥（GOe）1MGOe ≈7.96k J/m3退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而B×H的最大值称之为最大磁能积(BH)max。
磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一，(BH)max越大说明磁体蕴含的磁能量越大。
设计磁路时要尽可能使磁体的工作点处在最大磁能积所对应的B和H附近。
各向同性磁体：任何方向磁性能都相同的磁体。
各向异性磁体：不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。
铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线铁磁材料分为硬磁和软磁两类。
硬磁材料（如铸钢）的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力较大（120-20000安/米，甚至更高），因而磁化后，它的磁感应强度能保持，适宜制作永久磁铁。
软磁材料（如硅钢片）的磁滞回线窄，矫顽磁力小（一般小于120安/米），但它的磁导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，故常用于制造电机、变压器和电磁铁。
可见，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性，也是设计电磁机构或仪表的依据之一。
通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的测绘方法，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。
一 实验目的1、 掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的测绘方法2、 观察磁滞现象，加深对铁磁材料主要物理量（如矫顽力、剩磁和磁导率等）的理解。
二 实验原理(一)起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线铁磁材料（如铁、镍、钴和其他铁磁合金）具有独特的磁化性质。
取一块未磁化的铁磁材料，譬如以外面密绕线圈的钢圆环样品为例。
如果流过线圈的磁化电流从零逐渐增大，则钢圆环中的磁感应强度B 随激励磁场强度H 的变化如图1中oa 段所示。
这条曲线称为起始磁化曲线。
继续增大磁化电流，即增加磁场强度H 时，B 上升很缓慢。
如果H 逐渐减小，则B 也相应减小，但并不沿ao 段下降，而是沿另一条曲线ab 下降。
B 随H 变化的全过程如下：当H 按 O →H m →O →－c H →－H m →O →c H →H m 的顺序变化时，B 相应沿 O →m B →r B →O →－m B →－r B →O →m B 的顺序变化。
将上述变化过程的各点连接起来，就得到一条封闭曲线abcdefa,这条曲线称为磁滞回线。
从图1可以看出：BH B mB r a b －H m f o HC c d H m－H C－B r－B me图 1（1）当H ＝0时，B 不为零，铁磁材料还保留一定值的磁感应强度r B ，通常称r B 为铁磁材料的剩磁。
实验6-22铁磁材料磁滞回线和磁化曲线的测量
实验6-22 铁磁材料磁滞回线和磁化曲线的测量在交通、通讯、航天、自动化仪表等领域中，大量应用各种特性的铁磁材料。
常用的铁磁材料多数是铁和其它金属元素或非金属元素组成的合金以及某些包含铁的氧化物（铁氧体）。
铁磁材料的主要特性是磁导率μ非常高，在同样的磁场强度下铁磁材料中磁感应强度要比真空或弱磁材料中的大几百至上万倍。
磁滞回线和磁化曲线表征了磁性材料的基本磁化规律，反映了磁性材料的基本磁参数，对铁磁材料的应用和研制具有重要意义。
本实验利用交变励磁电流产生磁化场对不同性能的铁磁材料进行磁化，通过单片机采集实验数据，测绘磁滞回线和磁化曲线，研究铁磁材料的磁化性质。
实验目的1、了解用示波器显示和观察动态磁滞回线的原理和方法。
2、掌握测绘铁磁材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的原理和方法，加深对铁磁材料磁化规律的理解。
3、学会根据磁滞回线确定矫顽力Hc 、剩余磁感应强度Br 、饱和磁感应强度Bm 、磁滞损耗][BH 等磁化参数。
4、学习测量磁性材料磁导率μ的一种方法，并测绘铁磁材料的μ—H 曲线，了解铁磁材料的主要特性。
实验仪器TH —MHC 型磁滞回线实验仪，智能磁滞回线测试仪，双踪示波器等。
实验原理1、铁磁材料的磁化特性及磁导率 1）初始磁化曲线和磁滞回线研究铁磁材料的磁化规律，一般是通过测量磁化场的磁场强度H 与磁感应强度B 之间的关系来进行的。
铁磁材料的磁化过程非常复杂，B 与H 之间的关系如图1所示。
当铁磁材料从未磁化状态（H=0且B=0）开始磁化时，B 随H 的增加而非线性增加。
当H 增大到一定值Hm 后，B 增加十分缓慢或基本不再增加，这时磁化达到饱和状态，称为磁饱和。
达到磁饱和时的Hm 和Bm 分别称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度（对应图1中Q 点）。
B ~H 曲线OabQ 称为初始磁化曲线。
当使H 从Q 点减小时，B 也随之减小，但不沿原曲线返回，而是沿另一曲线QRD 下降。
当H 逐步较小至0时，B 不为0，而是Br ，说明铁磁材料中仍然保留一定的磁性，这种现象称为磁滞效应；Br 称为剩余磁感应强度，简称剩磁。
铁磁材料的磁滞回线及基本磁化曲线-实验报告
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【实验目的】1. 认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。
2. 测定样品的基本磁化曲线，作μ－H曲线。
3. 测定样品的H D、B r、B S和（H m·B m）等参数。
4. 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。
【实验仪器】DH4516型磁滞回线实验仪，数字万用表，示波器。
【实验原理】铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。
铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。
其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。
另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。
图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H S时，B到达饱和值B S，oabs称为起始磁化曲线。
图1表明，当磁场从H S逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H＝O时，B不为零，而保留剩磁Br。
当磁场反向从O逐渐变至－H D时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，H D称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。
图1还表明，当磁场按H S→O→H D→-H S→O→H D´→H S次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线'变化，这闭合曲线称为磁滞回线。
所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁SR'DSRD'S心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。
在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1、掌握用磁滞回线测试仪测绘磁滞回线的方法。
2、了解铁磁材料的磁化规律，用示波器法观察磁滞回线比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。
3、测定样品的磁化特性曲线（B-H曲线），并作μ-H曲线。
4、测绘样品在给定条件下的磁滞回线,估算其磁滞损耗以及相关的等参量。
二、实验原理：1、铁磁材料的磁滞特性铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。
铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。
其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。
另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。
图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段Oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至时，B到达饱和值，OabS称为起始磁化曲线。
图1表明，当磁场从逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H＝O时，B不为零，而保留剩磁。
当磁场反向从O逐渐变至－时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。
图1还表明，当磁场按→O→→-→O→´→次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线变化，这闭合曲线称为磁滞回线。
所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁芯），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。
在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。
(整理)铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线.
μ-H
图二 同一铁磁材料的一组磁滞回线
图三 铁磁材料基本磁化曲线和 μ--H 关系曲线
磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类的主要依据，图四为常见的几种典型的磁滞回线。其中，磁滞
回线宽者，为硬磁材料，适用制造永磁体，其矫顽力大。剩磁强，如钕铁硼合金。磁滞回线细而窄者，
为软磁材料，矫顽力，剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机和交流电磁铁的主要材料。磁滞回
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2．样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁。即顺时针转动“U 选择”旋钮，令 U 从 0 增加到 3V，然后再反时针方向转动，将 U 从最大值 3V 减到 0，目的是消除剩磁，使测试样品处于磁中性状态。 即 B=H=0，如图六所示。
3、观察磁滞回线：打开示波器电源，适当调节光点的亮度（INTEN）和聚焦（FOCUS），使光点 清晰，同时调节光点的水平位置和 CH2 的垂直位置，使光点位于坐标网格的中心。令 U=2.2V，分别适 当调节 CH1 和 CH2 的灵敏度（VOLTS/DIV）使显示屏上出现大小适当的磁滞回线，若滞回线顶部出现 编织状小环（如图上所示），可以适当降低励磁电压予以消除。
线如矩形者，矫顽力小，剩磁大， 适于做记忆材料。如磁环、磁膜，广泛地应用于高科 技行业。
B
矩 软
硬
H
图四 不同铁磁材料的磁滞回线
观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。
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待测样品有两种，为 E 型的钢片形式。N 为励磁绕组匝数，n 为测量磁感应强度 B 所用的测量绕组 匝数。R1 为励磁电流限流电阻，同时也是输出 UH 的取样电阻。设通过励磁线圈的励磁电流为 I1，则根 据安培环路定律，样品的磁化场强为，（在任意时刻）
整理磁性材料的基本特性
精品文档一 •磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场 H 作用下，必有相应的磁化 强度M 或磁感应强度B ，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M 〜H 或B 〜H 曲线）。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有 2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度 H 足够 大时，磁化强度M 达到一个确定的饱和值 Ms ,继续增大H , Ms 保持不变；以及当材料的M 值 达到饱和后，外磁场H 降低为零时，M 并不恢复为零，而是沿 MsMr 曲线变化。
材料的工作状态相当于 M 〜H 曲线或B 〜H 曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化 矢量整齐排列；*剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数，H 回到0时的B 值.矩形比：Br/Bs ;*矫顽力He:是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；*磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的 B 与H 的比值，与器件工作状态密切相关；*初始磁导率mi 、最大磁导率mm 、微分磁导率md 、振幅磁导率ma 、有效磁导率me 、脉 冲磁导率mp ； 居里温度Te:铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转 变为顺磁性，该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作的上限温度；*损耗P:磁滞损耗Ph 及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPe 卩f2t2降低磁滞损耗Ph 的方法 是降低矫顽力He ；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻 率r ；*在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方 厘米）3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 rz m [r 厶 r _®柜形回线磁滞回线及磁导率随磁场强度的变化曲线 （㉚普通回线・设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；・合理确定磁芯的几何形状及尺寸；・根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数二、常用软磁磁芯的特点及应用(一)■粉芯类1. 磁粉芯 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
磁性材料的基本特性
一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数∙饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；∙剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；∙矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；∙磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关；∙初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；∙居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；∙损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；∙在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米）3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换∙合理确定磁芯的几何形状及尺寸；∙根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
材料:B H,m 磁芯(S,l):f～F 器件(N):U～I,LI ～H: H = IN/l 磁势F =ò Hdl=Hl Nf = ò UdtL～m:L＝AL N2 =4N2m SK /D′10-9 U ～B:U = Ndf/dt = kfNBS ′10-6二、常用软磁磁芯的特点及应用(一).粉芯类1.磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
铁磁材料的磁化与磁化曲线
Um Fm
（8-3）
3.磁路欧姆定律
设一段均匀磁路的截面积为S，长度为l，铁
磁材料的磁导率为μ，通过横截面的磁通为Φ， 而每一分段中均有B＝μH，即Φ/S＝μH，所以
Φ HS Hl U m U m l S l S Rm
（8-4）
此式叫做磁路欧姆定律。式中Ｕm= Hl是磁压 降 ，其单位为A，Rm l 为磁路的磁阻，单位为
若电压为正弦量，在忽略线圈电阻及漏磁通 时，选择线圈电压、电流、磁通及感应电动势的 参考方向如图8-11所示。
在图8-11中有
ut et dΨ t N dΦt
dt
dt
式中，N为线圈匝数。
在上式中，若电压为正弦量时，磁通也为正弦量。
设 Φt Φm sin t ,则有
路没有影响，所以电压和电流的关系很简单，
即
I ，U 其中U为线圈两端的直流电压，r为
r
线圈的电阻。在直流稳态电路里，铁心线圈仅相
当于一个电阻而已。
2.交流模型
对于交流，因为有感应电压产生，由于磁滞现 象和涡流现象等，磁路对电路的影响很大，所以铁 心线圈的电压与电流关系比较复杂。通过对交流磁 路特点的分析，我们知道励磁电流：
关的系数，由实验确定。
实际工程应用中，为降低磁滞损耗，常选用磁滞
回线较狭长的铁磁性材料制造铁心，如硅钢就是制造
变压器、电机的常用铁心材料，其磁滞损耗较小。为
了降低涡流损耗，常用的方法有两种：一种是选用电
阻率大的铁磁材料，如无线电设备中就选择电阻率很
大的铁氧体，而电机、变压器则选用导磁性好、电阻
率较大的硅钢；另一种方法是设法提高涡流路径上的
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。
6、磁介质及其磁化特性
二、磁介质的分类
(1)顺磁质 r 1, 0 , B与B0同向 B B0 , ,
如：空气、氧、铝、铬、铂等。 实验表明，磁介质可分为三类：
如：水、氢、铜、铅、水银等。 (3)铁磁质 r 1, 0 , B与B0同向 B B0 , , 且r 不是常数它与B0 及磁化过程有关 : 铁、 , ,如 钴、镍等。 顺磁质、抗磁质对磁场的影响很小，称为弱磁 性物质。而铁磁质能显著增强磁场，故称为强磁性 物质。
假定在磁化场为零时铁 B 磁质处于未磁化的状态，当 Bm H逐渐增加时，B先是缓慢 c 增加(oa段)，然后经过一段 b 急剧的增加(ab段)之后，又 a 逐渐缓慢下来(bc段)，最后 O 当H很大时，B逐渐趋于饱 和(cs段)。
s
H
从未磁化到饱和磁化的这段曲线os，叫做 铁磁质的的起始磁化曲线；饱和值Bm称为饱和 磁感应强度。
大
0 I 小 dl 0 I小l小 方向 B小 弧 2 4 R 2 小 弧 4 R
方向
B
又 I 大 / I 小 l小 / l 大
BO B大 B小 0
P.27.6、如图，半径为R的带电圆盘，电荷面密度 为 ，圆盘以角速度 绕过盘心并垂直盘面的轴旋 转，则中心O处的磁感应强度大小为（A） （A）0R/2 （B） 0 R/4 （C） 0 R/6 （D） 0 R/8 解：任取一细环(如图) 其 周长为2 r，宽为dr 面积为 dS 2π rdr O r dB 电量为 dq σ dS σ 2π rdr r+dr 以转动时相当于圆电流
P34.5、如图所示，一根半径为R1 的长直圆柱形 铜导线(r=1)，外包一层相对磁导率为 r的圆筒状 顺磁质，顺磁质的外半径为R2，导线内有电流I从 纸面向里的方向流动，且电流I均匀分布在导线的 横截面上，求空间的磁感应强度和磁场强度。 I 解： j 2 πR1 磁场分布具有轴对称性 I